《風(fēng)力發(fā)電》作業(yè)及期末復(fù)習(xí)題

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1、《風(fēng)力發(fā)電》視頻公開課 指導(dǎo)性題目一覽表 講次名稱 復(fù)習(xí)思考題 作業(yè)題 第一講：風(fēng)來風(fēng)去 具體解釋描述風(fēng)的主要性能參數(shù)有哪些？ 指出自然風(fēng)形成的原因，并進(jìn)一步解釋“龍卷風(fēng)”、“臺風(fēng)”是如何形成的？ 第二講：風(fēng)聲水起 結(jié)合風(fēng)電發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀，指出影響風(fēng)電發(fā)展的主要因素有哪些？ 世界風(fēng)電發(fā)展的第三階段一一徘徊期出現(xiàn)的三個代表性特征是什么？簡要說明之。 第三講：電從風(fēng)中來 畫出風(fēng)力發(fā)電的物質(zhì)流示意圖標(biāo)明各部分名稱，并簡要進(jìn)行說明。 風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)部有哪幾個主要部件？進(jìn)一步指出其作用。 第四講：風(fēng)電發(fā)展何處去 簡述風(fēng)電預(yù)測技術(shù)的重要性。 目前而言，制約我國風(fēng)電發(fā)展的主

2、要瓶頸問題有哪些？ 第五講：風(fēng)力發(fā)電及其經(jīng)濟(jì)性 指出大中型風(fēng)電機(jī)組及小型風(fēng)電機(jī)組在選址時的主要區(qū)別。 解釋下面風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)概念：能量轉(zhuǎn)換效率、容量成本及平準(zhǔn)化電能成本。 第六講：風(fēng)力發(fā)電與環(huán)境 簡述風(fēng)力發(fā)電對環(huán)境的主要影響。 風(fēng)力發(fā)電主要受到哪些環(huán)境因素的影響，并簡要指出主要的防制措施。 第七講：風(fēng)頭正勁一談海上風(fēng)力發(fā)電 海上風(fēng)力發(fā)電在基礎(chǔ)施工及運輸、安裝方面的關(guān)鍵性技術(shù)有哪些？ 簡述海上風(fēng)的主要特點。 第八講：風(fēng)行獨立一談獨立運行的風(fēng)力發(fā)電 試闡述評價風(fēng)電與柴油發(fā)電互補(bǔ)系統(tǒng)優(yōu)劣的主要指標(biāo)。 風(fēng)電、光電及柴油發(fā)電三者互補(bǔ)運行所適用的狀況有哪些？并示意畫出一個風(fēng)光柴互補(bǔ)

3、運行的系統(tǒng)圖標(biāo)示各部分名稱。 第九講：風(fēng)行垂直軸—談垂直軸風(fēng)電機(jī)組 簡述垂直軸風(fēng)電機(jī)組的主要優(yōu)勢。 分別以“”型及“①”型機(jī)組為例，解釋阻力型及升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電的基本工作原理。 第十講：乘風(fēng)前行 舉例并簡要說明何未來風(fēng)電發(fā)展的“抓大抓小”？ 何謂分布式風(fēng)電系統(tǒng)？并指出其優(yōu)點在哪些？ 能源與動力工程系 熱工及風(fēng)能教研室衛(wèi)運鋼 復(fù)習(xí)思考題 一、具體解釋描述風(fēng)的主要性能參數(shù)有哪些？答：風(fēng)速、風(fēng)向以及風(fēng)能等等；風(fēng)速——是指單位時間內(nèi)風(fēng)的水平移動距離，從時間上看有瞬時風(fēng)速和平均風(fēng)速之分，用風(fēng)速儀測量。風(fēng)向——是指風(fēng)吹來的方向，一般常用風(fēng)向儀來測定風(fēng)向。 風(fēng)能——

4、是指風(fēng)所具有的能量，也就是指風(fēng)運動時所具有的動能，應(yīng)用上常用風(fēng)壓風(fēng)功率等來表示。影響風(fēng)能的主要參數(shù)有：風(fēng)速、風(fēng)掠面積和風(fēng)密度等等。 二、結(jié)合風(fēng)電發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀，指出影響風(fēng)電發(fā)展的主要因素有哪些？答：1、政策導(dǎo)向，這里能源供應(yīng)和能源安全問題七決定性作用； 2、技術(shù)支撐，空氣動力學(xué)理論、材料、機(jī)械、電氣電子和計算機(jī)等領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)成果被應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電，極大的提高了風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性和可靠性； 3、環(huán)境壓力，煤、石油天然氣等化石燃料的燃燒和利用存在著嚴(yán)重的環(huán)境污染，并影響全球氣候的變化，這些一引起了人們對環(huán)境保護(hù)的重視，成為了推動風(fēng)電發(fā)展的新動力； 4、社會力量，清潔能源、綠色能源等已逐漸被

5、人們關(guān)注，越來越多的企業(yè)乃至個人投身到風(fēng)電事業(yè)當(dāng)中，與政府一道形成了風(fēng)電發(fā)展的合力。 三、畫出風(fēng)力發(fā)電的物質(zhì)流示意圖（標(biāo)明各部分名稱），并簡要進(jìn)行說明。 四、簡述風(fēng)電預(yù)測技術(shù)的重要性。 答：風(fēng)電預(yù)測技術(shù)一般分為兩部分內(nèi)容，一是風(fēng)資源的測量與評估，另一部分是風(fēng)電場所發(fā)出電的預(yù)測與預(yù)報，由于風(fēng)電的發(fā)展?jié)摿υ诤艽蟪潭壬鲜怯僧?dāng)?shù)氐奈锢憝h(huán)境所決定的，所以提高風(fēng)電場更廣大范圍內(nèi)風(fēng)力認(rèn)知才是根本，我們根據(jù)風(fēng)資源來建立風(fēng)電場，再結(jié)合風(fēng)資源和風(fēng)電機(jī)組運行狀況來預(yù)測電能產(chǎn)出，才能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電場和電網(wǎng)的相約對接，所以風(fēng)電預(yù)測技術(shù)非常重要。 r一—I啦弋勺—：血就r/ 、型風(fēng)電機(jī)組在選址時的主要區(qū)別。茨-

6、營 一是風(fēng)能資源與氣象條件，風(fēng)能資源是風(fēng)力發(fā)電的首要條件，而氣象條件是必要條件，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)該選擇在風(fēng)能資源豐富且氣象災(zāi)害較小的地域進(jìn)行安裝。‘ 二是地形、地物及地質(zhì)條件，地形方面包括山地、丘陵和谷底等等，地物方面如草地、森林和建筑物等等，這兩個方面主要影響當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速、風(fēng)向，地質(zhì)條件則是關(guān)系到風(fēng)電機(jī)組的根基，維系整個機(jī)組的安全。 三是交通條件，應(yīng)該保證聯(lián)絡(luò)方便，不僅有利于機(jī)組安裝、運輸及維護(hù)而且也有利于用戶接入電力，減少損耗。 2大中型風(fēng)電機(jī)組f1—1 一是測風(fēng)更嚴(yán)格，對于大中型風(fēng)電機(jī)組來說，風(fēng)能資源的準(zhǔn)確測量與評估尤為重要； 二是布局更講究，若布置不合理將直接影響風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)性與安

7、全性， 三是考慮更周全，比如距離電網(wǎng)應(yīng)該較近，這樣有利于減少電能的損耗和方便運輸電能，以及風(fēng)電場送入電網(wǎng)的最大功率與電網(wǎng)總裝機(jī)容量比例不能太大，風(fēng)電場必須遠(yuǎn)離具名區(qū)一般在50米0以上，一減少對居民的影響等等。 六、簡述風(fēng)力發(fā)電對環(huán)境的主要影響。答：1、對植被，土壤等的破壞 2、對大氣環(huán)境的影響 3、噪聲污染 4、電磁感擾 5、公共安全影響 6、對鳥類、地面動物的影響等等 七、海上風(fēng)力發(fā)電在基礎(chǔ)施工及運輸、安裝方面的關(guān)鍵性技術(shù)有哪些？ 答：1、海上風(fēng)力發(fā)電在基礎(chǔ)同時具有海洋結(jié)構(gòu)工程、高聳結(jié)構(gòu)工程以及動力設(shè)備工程。 2、海上風(fēng)力發(fā)電在運輸、安裝方面，與陸地風(fēng)電機(jī)組相比，海上風(fēng)力

8、發(fā)電機(jī)組由于功率較大，所以重量也較大，因此需要專門的大型設(shè)備進(jìn)行運輸與安裝（如安裝船），海上風(fēng)電專門的運輸及安裝設(shè)備的研發(fā)與制造時我們應(yīng)該著力解決的問題，同時要采取措施應(yīng)對復(fù)雜的海洋環(huán)境。 八、試闡述評價風(fēng)電與柴油發(fā)電互補(bǔ)系統(tǒng)優(yōu)劣的主要指標(biāo)。 答：1、節(jié)油率，我們采用互補(bǔ)運行方式的最終目的就是要節(jié)省柴油，因此節(jié)油率是判斷系統(tǒng)是否先進(jìn)的一個重要指標(biāo)。 2、可靠性，為了從分利用風(fēng)能節(jié)省柴油，風(fēng)電機(jī)組在整個互補(bǔ)運行系統(tǒng)中的容量會超過50，%但是因為風(fēng)電的不穩(wěn)定性和不可靠性可能對系統(tǒng)造成沖擊互補(bǔ)運行系統(tǒng)如何承受沖擊，保持電能輸出的穩(wěn)定性和可靠性，是判斷系統(tǒng)是否成功的技術(shù)關(guān)鍵。 3、經(jīng)濟(jì)性，我們

9、單靠節(jié)油率判斷經(jīng)濟(jì)性的好和壞實際上是不夠全面的應(yīng)該考察最終總的發(fā)電成本，一個大致的結(jié)論應(yīng)該是節(jié)油率高了，系統(tǒng)運行又可靠，總的發(fā)電成本還比較低，那么這個互補(bǔ)系統(tǒng)應(yīng)該是良好地系統(tǒng)。 九、簡述垂直軸風(fēng)電機(jī)組的主要優(yōu)勢。 答：第一、葉片優(yōu)化設(shè)計及其風(fēng)能利用系數(shù) 目前垂直軸風(fēng)電機(jī)組由于優(yōu)化了葉片設(shè)計，其風(fēng)能利用系數(shù)隨之提高； 第二、機(jī)組結(jié)構(gòu)特點及其受力情況 垂直軸風(fēng)輪機(jī)組結(jié)構(gòu)決定其可以接受任何方向的來風(fēng)，不存在對風(fēng)損失，而且風(fēng)輪受力比較均衡，除了受風(fēng)載荷之外所受重力一旋轉(zhuǎn)離心力方向不變，是一個較為恒定的載荷，因此風(fēng)輪葉片的疲勞壽命相對長一些，此外，也為風(fēng)電機(jī)組向大容量方向發(fā)展創(chuàng)造條件，而且垂直

10、軸風(fēng)電機(jī)組有良好的適應(yīng)性以及發(fā)電機(jī)安裝位置等優(yōu)勢。 第三、低風(fēng)速啟動性能 垂直軸風(fēng)電機(jī)組的低風(fēng)速利用潛力也較大； 第四、環(huán)境保護(hù)方面主要體現(xiàn)在噪聲以及對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)特別是對鳥類的影響，相比較而言，水平軸機(jī)組的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速較大，所產(chǎn)生的空氣流動性噪聲也大，而且齒輪箱等設(shè)備的機(jī)械性噪聲也較突出，從而鳥類也容易避讓，所以垂直軸風(fēng)輪機(jī)組的應(yīng)用范圍會大大增加。 十、舉例并簡要說明何謂風(fēng)電發(fā)展的“抓大抓小”？答：一、利用高風(fēng)速的同時，更要挖掘低風(fēng)速利用的潛力。 1、開發(fā)高風(fēng)速領(lǐng)域，利用這些領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)豐富的風(fēng)能資源，可以多發(fā)電。 2、提高高風(fēng)速的風(fēng)能利用率，同樣可以多發(fā)電，主要表現(xiàn)為高空風(fēng)力發(fā)電和深海風(fēng)力

11、發(fā)電。 二、發(fā)展大風(fēng)電的同時，也要重視中小風(fēng)電的發(fā)展。 1關(guān)于低風(fēng)速的利用，對垂直軸風(fēng)電機(jī)組特別是阻力型以及“”升力型垂直軸機(jī)組，七低風(fēng)速啟動性能優(yōu)于水平軸，這說明垂直軸風(fēng)電機(jī)組的低風(fēng)速利用潛力也比較的大； 2、關(guān)于低風(fēng)速的利用，磁懸浮技術(shù)也引起了高度重視，磁懸浮技術(shù)將使風(fēng)電機(jī)組低風(fēng)速利用的能力進(jìn)一步加強(qiáng)，并且能有效的提高能量轉(zhuǎn)化效率。 作業(yè)題 一、指出自然風(fēng)形成的原因，并進(jìn)一步解釋“龍卷風(fēng)”、“臺風(fēng)”是如何形成的？答：1、溫度差和地球自轉(zhuǎn)，溫度差將導(dǎo)致氣壓差，地球自轉(zhuǎn)將產(chǎn)生所謂的科氏力這兩個方面的共同作用就形成的自然風(fēng)。直觀上看，空氣的流動過程叫做風(fēng)。由于太陽的輻射使自然界有了冷暖

12、之分，不同地區(qū)接受太陽能的輻射的能量是不同的，因此有地區(qū)冷暖之分，冷暖溫度的不均勻會導(dǎo)致空氣密度的不均勻，從而氣壓力不一樣，氣壓力差將推動空氣從高壓側(cè)流向低壓側(cè)，就形成了自然風(fēng)。 2、龍卷風(fēng)常在雷雨云中形成，由于雷雨云層的和上部的溫度差較大，氣壓力差的作用下風(fēng)就產(chǎn)生了，在科氏力的作用以及雷雨云層當(dāng)中的若干擾動就會形成一個猛烈旋轉(zhuǎn)的空氣柱，這樣就形成龍卷風(fēng)。 臺風(fēng)是繞著自身中心急速旋轉(zhuǎn)而又向前移動的空氣漩渦， 二、世界風(fēng)電發(fā)展的第三階段——徘徊期出現(xiàn)的三個代表性特征是什么？簡要說明之。答：1、第二次世界大戰(zhàn)剛剛結(jié)束的頭幾年，人們對風(fēng)電發(fā)展的認(rèn)識不足，使風(fēng)電發(fā)展放緩了，雖然一些國家的風(fēng)力機(jī)使

13、風(fēng)力發(fā)電有了一定程度的發(fā)展，但由于石油價格的降低從而帶動其他化石燃料低走，使得火力發(fā)電的成本降低，風(fēng)力發(fā)電由此停滯不前。 2、20世紀(jì)70年代，197年3和197年8的兩次全球性石油危機(jī)，使其大幅度上漲，從而引發(fā)了世界各國對風(fēng)力發(fā)電的等可再生能源的高度重視，從而拉開了大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的序幕。 三、風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)部有哪幾個主要部件？進(jìn)一步指出其作用。答：1、主傳動部分——是將風(fēng)輪所捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能在傳遞給發(fā)電機(jī)使其發(fā)電，起到傳遞能量的重要作用；2、發(fā)電系統(tǒng)——發(fā)電系統(tǒng)主要包括發(fā)電機(jī)、變流器等，其中發(fā)電機(jī)是依據(jù)電磁感應(yīng)定律將主傳動部件傳遞過來的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，變流器是能夠?qū)崿F(xiàn)電流的交-

14、直-交變換，從而對電能的有效控制和變換； 3、偏航系統(tǒng)——通過與控制系統(tǒng)相配合可以調(diào)整機(jī)艙的方向，從而使風(fēng)輪始終與風(fēng)向相垂直處于迎風(fēng)狀態(tài)，從而可以最大限度的獲得風(fēng)能； 4、制動系統(tǒng)——對風(fēng)電機(jī)組起到很重要的安全保護(hù)作用 5、控制系統(tǒng)——是他的指揮調(diào)度中心和安全保護(hù)中心 四、目前而言，制約我國風(fēng)電發(fā)展的主要瓶頸問題有哪些？答：1、風(fēng)力發(fā)電本身瓶頸問題，主要表現(xiàn)為技術(shù)制約，主要有能量轉(zhuǎn)換效率、風(fēng)電預(yù)測技術(shù)、風(fēng)電上網(wǎng)、以及風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù)（風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù)，由于國內(nèi)在控制硬件或是控制軟件方面的產(chǎn)業(yè)化都相當(dāng)弱，只能靠引進(jìn)國外的核心技術(shù)活購置核心產(chǎn)品，因此控制系統(tǒng)的依賴性也是制約我國風(fēng)電發(fā)展

15、的主要瓶頸）； 2、風(fēng)力發(fā)電的產(chǎn)業(yè)鏈瓶頸問題； 3、國家產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)下的電力市場瓶頸問題，主要表現(xiàn)為政策制約。 五、解釋下面風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)概念：能量轉(zhuǎn)換效率、容量成本及平準(zhǔn)化電能成本。答：1、能量轉(zhuǎn)換效率是反映從風(fēng)能開始到上網(wǎng)電能之間能量利用程度的指標(biāo)。2、容量成本是指風(fēng)電場每單位千瓦時容量的造價，可以衍生出風(fēng)電機(jī)組本身的容量成本。3、平準(zhǔn)化電能成本是扣除了任何補(bǔ)貼和政策優(yōu)惠情況下的度電成本，（度電成本是指在風(fēng)電場設(shè)備使用期間沒生產(chǎn)1度電所需要的發(fā)電總成本）。 六、風(fēng)力發(fā)電主要受到哪些環(huán)境因素的影響，并簡要指出主要的防制措施。 答：一、雷擊破壞1、外部防雷，主要防止直擊雷，安裝葉片接

16、閃器到葉片內(nèi)腔引線再到葉片根部再到機(jī)艙主機(jī)架再到專設(shè)塔架引下線最后引入大地。需迅速將雷擊電流引入大地并盡量減少雷電導(dǎo)入設(shè)備的電流等。 2、內(nèi)部防雷，主要防止感應(yīng)雷，一般是進(jìn)行設(shè)備之間的等電位連接并加強(qiáng)設(shè)備的過電壓保護(hù)等。二、沙塵、雨雪、冰雹甚至鹽霧以及水土壤等的腐蝕一般采用涂層保護(hù)并做好相關(guān)部件的密封保護(hù)，盡量減少與腐蝕環(huán)境的接觸機(jī)會。 三、低溫環(huán)境的影響1、必要時采取內(nèi)低溫材料，還可以采用局部加熱的裝置；2、對于承載部件的低溫疲勞問題，則需要提高焊接結(jié)束，加強(qiáng)探傷檢測等等。 四、海上風(fēng)力發(fā)電還必須承受海浪沖刷以及海上物體的撞擊風(fēng)險，此外，還有臺風(fēng)破壞，。 1、對于臺風(fēng)破壞，臺風(fēng)預(yù)報與

17、預(yù)警工作必須加強(qiáng)，同時還需要對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行加強(qiáng)性防御設(shè)計和可靠性設(shè)計，并配置備用電源等等以提高機(jī)組抗臺風(fēng)能力，防止臺風(fēng)影響進(jìn)一步擴(kuò)大。 2、對于海浪沖刷及海上物體的撞擊風(fēng)險通過提高設(shè)計度，加強(qiáng)機(jī)組的抗沖刷能力，設(shè)計防撞承臺，采用基礎(chǔ)護(hù)套及設(shè)置漂浮式整體防撞欄等等。 七、簡述海上風(fēng)的主要特點。答：1、高風(fēng)速、高產(chǎn)出與陸地相比，海上風(fēng)能資源豐富，不僅風(fēng)速高而且風(fēng)向比較穩(wěn)定，還很少有靜風(fēng)期，因此能夠更加有效地利用風(fēng)電機(jī)組的容量，為大功率風(fēng)電機(jī)組的利用提供條件。 2、海上風(fēng)的風(fēng)切變小，湍流度低。3、不占用陸地面積，對人類活動影響比較小。 八、風(fēng)電、光電及柴油發(fā)電三者互補(bǔ)運行所適用的狀況有哪些？

18、并示意畫出一個風(fēng)-光-柴互補(bǔ)運行的系統(tǒng)圖（標(biāo)示各部分名稱）。答：1、太陽能、風(fēng)能資源都比較豐富，但是互補(bǔ)性較差；2、太陽能和風(fēng)能互補(bǔ)性較好，倒是他們的資源總量都不足。 5

19、旋轉(zhuǎn) 型。 ①”型機(jī)組為例，解釋阻力型及升力型垂直車軸風(fēng)力I發(fā)電的基本工作原理。 …--'”型，并在旋 專中心處有一部分重疊 i圓形凹面所受的助力大于凸面，，在壓力差作用?亠：i相比于其他形狀的葉片半― 到'枚’單個葉片的整為對稱結(jié)構(gòu)的翼型。.... 是風(fēng)電機(jī)組主要利用的是風(fēng)繞流風(fēng)輪葉片時所產(chǎn)生的升力來使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，再進(jìn)一步發(fā)電就是升力 ，半 機(jī)組之所以制作成兩個半可，半凹圓筒面都能接受 一根柔軟的繩子按一定角速度繞兩端固定點做垂直 “①”型機(jī)組葉片截面一般為對稱結(jié)構(gòu)的翼型，各個葉片所受到的繞流升力使得葉片向一個方向旋轉(zhuǎn)，因為“①”型機(jī)組旋轉(zhuǎn)時的圓周速度較大，使得各葉片的迎風(fēng)角速度，也就是攻角較小，因此一般不會出現(xiàn)升力突然減小的失速現(xiàn)象，從而接受風(fēng)繞流阻力的作用而使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動。 十、何謂分布式風(fēng)電系統(tǒng)？并指出其優(yōu)點在哪些？答：所謂的分布式風(fēng)電系統(tǒng)，就是在用戶現(xiàn)場或靠近現(xiàn)場附近，布置一些中小型風(fēng)電機(jī)組，來滿足特定用戶的需求。 優(yōu)點：因為采用分布式系統(tǒng)可以實現(xiàn)分散式接入和分散式控制，方便安全、可靠性比較高，作為集中式供電系統(tǒng)的有效補(bǔ)充。分布式風(fēng)電系統(tǒng)可彌補(bǔ)大電網(wǎng)在遠(yuǎn)距離供電，以及安全性穩(wěn)定性等方面的不足。